TMS320F281x-课后作业参考答案

TMS320F281x课后作业参考答案修订@20140114.doc第1页共20页教材：《TMS320F281xDSP原理及应用技术》韩丰田编著清华大学出版社课后作业参考答案By马钧华Dated2013-1-8修订上次修订：@2014-1-9注：第九、十、十一章的内容，学生不要求完成。目录目录..................................................................................................................................................1P14第一章绪论习题与思考题.......................................................1P.45第二章系统控制及中断习题与思考题..............................................3P.69第三章存储器及外部接口习题与思考题................................................5P.97第四章串行通信接口习题与思考题..................................................7P124第五章串行外设接口习题与思考题.................................................9P175第六章增强型CAN控制器习题与思考题................................................11P224第七章事件管理器习题与思考题.................................................11P247第八章AD转换模块习题与思考题.................................................13P265第九章DSP系统硬件设计基础习题与思考题...............................................15P300第十章TMS320C28x的软件设计习题与思考题................................................17P322第十一章无刷直流电机控制习题与思考题...............................................19P14第一章绪论习题与思考题1．什么是可编程DSP芯片？它有什么特点？答：程序是需要固化在存储芯片中的。由于体积的限制，嵌入式应用为主的DSP芯片，一般不配置如电脑中的硬盘。可编程DSP芯片，指该DSP芯片内部带有可重复编程的存储器。在使用中常常将“编程”更加形象地称为“固化”、“烧写”。TI的C2000系列，在片内带有Flash存储器，用户可以将代码通过CCS的工具插件，将代码编程（或称烧写、固化）到Flash存储器中。这样，程序可以直接从片内的Flash存储器启动运行，单个芯片就是一个可最终独立运行的系统了。可以不再将存储器接口，也就是常规的地址线、数据线和控制线的3总线接口，引出到芯片外部。当然，有其他的扩展需求除外。TI的其他2个重要系列C5000和C6000，芯片内部是不带用户可编程存储器的，需要在片外提供。2．什么是定点DSP芯片和浮点DSP芯片？各有什么特点？答：指硬件上的差别。看带不带浮点运算的硬件模块。定点数据处理能力是DSP的基本处理能力。C28x内核的芯片，本身是定点DSP系列，在F2833x开始才加入了浮点运算模块。虽然在C编程环境下，只要安装了浮点的算术运算库，都可以处理浮点数据。但定点DSPTMS320F281x课后作业参考答案修订@20140114.doc第2页共20页因为没有浮点硬件的支持，是需要用更多的软件代码借助定点的算术运算单元来完成浮点的运算，效率就很低，表现为完成浮点运算需要数倍数十倍数百倍的定点数运算的时间。TI还利用IQmath库，来实现虚拟的浮点运算，即在限制了一个浮点数的范围后，即限制了他的±最大值、分辨精度后，将它移位成一个整数，再利用定点运算来实现虚拟浮点运算。运算效率是高的，但要限制实际浮点数的范围，有越界或损失精度的风险。实际使用起来还是不够方便的。3．简述TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000的特点和应用领域答：C2000带片内Flash存储器，适合工业控制；C5000是低功耗，适合消费数字化产品；C6000则是以高性能为目标，追求更高的指令速度即更高的MIPS，当然也放弃了C2000的片内Flash和C5000的低功耗，C6000有定点和浮点子系列。4．简述TMS320F281x系列DSP芯片的特点以及F2812和F2810的主要区别。答：F281x系列是C28x内核的第一代芯片，以电机及相关控制为应用对象来设计。具备了以PWM控制为特征的事件管理器EVA和EVB，带有16通道和同步转换功能的12位AD转换模块，带有3种常用的串行通讯接口即SCI、SPI、CAN。而其中的F2812带有完整的外部存储器接口，而F2810（F2811）则省去了这个接口，引脚数从176下降为128（指LQFP封装）。5．TMS320F281x系列DSP芯片有哪些外部接口？答：具有接口性质的外设有：事件管理器EVA、EVB；A/D转换；外部存储器接口（数据、地址和控制总线）；串行通信接口SCI；串行外设接口SPI、控制器局域网CAN。还有多通道缓冲串口McBSP。6．简述TMS320F280x、TMS320F281x、TMS320F2833xDSP芯片各有什么特点。答：芯片出现的时间次序是：F281x→F280x→F2833x；在F281x之后出现，低端的是F280x（100MHz），而高端的是F2833x（浮点）。F280x：不带存储器接口（外部扩展接口XINTF），主频降为100MHz，减小了存储器容量。F2833x：增加了浮点运算，提供了DMA，增大了存储器容量。这其中，281x之后，一是去掉了McBSP接口，二是对事件管理器模块的配置有了很大的变化，并在后续的芯片（2802x、2803x、2806x）中保持了这种变化。由原来统一管理的事件管理器模块，分拆成了：增强型PWM、高分辨率PWM、32位的捕获、增强的QEP通道（电路）。7．简述DSP控制系统的典型构成和特点。答：仅就C2000在电机及其相关控制做出说明，可以参考教材P.14上的图1.8。电力电子技术实现的运动控制系统的特点：通过PWM脉宽调制技术来表现输出的；系统的关键变量有电压、电流、位置（速度、加速度）；整个机器需要协调运作，各个运动单体需要有通讯通道连接起来；再来看看F281x的外设配置：事件管理器中的PWM电路，与IGBT功率模块配合进行功率控制；事件管理器中的Qep和捕获电路，可以直接连接编码器，检测运动体的位置，微分运算可得速度，再微分可得加速度；TMS320F281x课后作业参考答案修订@20140114.doc第3页共20页AD检测通道，可以将电流和电压传感器的模拟量转换成数字量，在DSP内部进行运算处理；SCI接口，可以与上位计算机连接；CAN接口，可以将多个传动控制器和主控装置组网；SPI接口，可以扩展DSP没有的模块和功能，如DA、按键显示接口等。C2000系列的DSP，硬件上与被控对象可以很好地对接；32位的计算内核和强大的指令执行速度，配以模块化的软件模块，为运动控制系统提供了很好的控制平台。P.45第二章系统控制及中断习题与思考题1．简述在高速DSP芯片内部配置PLL模块的优点。答：PLL是锁相环。PLL模块可以将内核时钟与输入时钟成一定的倍数关系。高速DSP芯片，如281x芯片，内核的时钟频率达150MHz。如果直接由片外振荡源提供150MHz的频率，因为片外布线较长，分布电容和电感的存在容易造成各种问题。设置PLL模块后，281x的片外晶振频率可降低到30MHz，容易布线。同时，利用PLL控制寄存器的灵活设置，可以配置内核频率是输入频率的0.5~5倍，分成10级，提高了系统时钟的灵活性和可靠性。2．若CPU的时钟频率为150MHz，试计算高速外设时钟和低速外设的频率设定范围。答：CPU时钟，又称为内核时钟SYSCLKOUT。而驱动外设是外设时钟，分高速外设时钟HSPCLK与低速外设时钟LSPCLK，外设时钟是从内核时钟分频获得。外设时钟频率=150MHz/(分频系数x2)=150MHz~150MHz/14=150MHz~10.7MHz高速和低速外设时钟各自可独立设定。复位开机时，缺省为：高速外设时钟=150MHz/2=75MHz低速外设时钟=150MHz/4=37.5MHz3．简述看门狗模块的工作原理。假定时钟OSCCLK的频率为30MHz，试根据时钟分频系数取值，计算看门狗定时器的计数溢出周期。答：看门狗是一个定时器模块。当它计数溢出时，会产生看门狗复位信号复位DSP。使用时，要求正常运行的程序，在一定的时间间隔范围内清零看门狗定时器，让它不产生溢出复位。当程序出现意外错误时，看门狗定时器就会因为不能获得及时清零而产生计时溢出复位DSP。这样系统就有了自我纠正异常错误的能力。看门狗定时器按OSCCLK即PLL模块之前的输入时钟来工作的。看门狗定时器的时钟WDCCLK=OSCCLK/512/(1~64),分频系数1~32是可配置的；看门狗定时器是8位宽度的，8^2=256;最大溢出周期=256/(30MHz/512/64)=280ms，分频系数按=64配置最小溢出周期=256/(30MHz/512/1)=4.4ms，分频系数按=1配置4．试将CPU定时器与你熟悉的一种单片机片内定时器或定时器接口芯片（如8254）进行比较，简述二者的差异。答：8051的片内定时器最大是16bit的（也可配置成8位的），它只能加计数，并在0xffff之后加1上溢，产生中断。所以，当需要获得一个定时周期值时，是先给它装载一个初值（=溢出值0xffff–需要的定时周期值），溢出后要重装这个初值。C28x内核的CPU定时器则是32bit的，减计数，下溢中断，需要的周期值有对应的周期寄存器，中断后自动重装。C28xTMS320F281x课后作业参考答案修订@20140114.doc第4页共20页的32位定时器，极大地提高了定时器的定时精度和定时长度。5．假设CPU的时钟频率为150MHz，试根据周期寄存器和分频寄存器的取值范围，计算CPU定时器可实现的定时周期最大值。答：CPU定时器有一个16位的预定标计数器，对CPU的内核时钟进行预分频；而CPU定时器本身是32位的，这样，可实现的定时周期最大值:CPUTimer_Tmax=2^16*2^32/150MHz=1876499844737.07us=1876499s=21.7天可见具备了足够长的定时周期。6．试分析改变PLLCR寄存器的值时，对定时器的中断周期有什么影响。答：C28x的内核时钟是受PLLCR（锁相环寄存器）的值的影响的。而后续的定时器和各外设中，只有看门定时器是直接取用OSCCLK而不受PLLCR的影响，其余的都受影响。PLLCR的有效数值范围是1~10，数值越大内核时钟频率越高、周期越短。这样，定时器的周期会严格按PLLCR的数值成反比变化。如PLLCR=10时，定时器有1毫秒周期的中断，那PLLCR=1时，就是10毫秒周期中断了。7．F281x芯片的很多引脚是复用的，结合芯片封装尺寸、引脚利用效率、功能配置等方面，讨论这些复用引脚有哪些优缺点。答：F281x集成了众多的外设，每个外设或多或少都会有与片外的输入输出联系，即需要配置引脚。在每个应用中，实际使用的外设又会有不同，将不用的外设的引脚用于基本的简单输入输出引脚功能，即GPIO功能，就比较合理。这样，有些引脚就需要复用了。F281x的引脚复用规